基于黏结剂喷射的木质材料增材制造技术研究进展

木材是自然界中分布最广泛的材料之一,在制造业和建筑业等领域有着广泛的应用。我国是木材消费和木材加工剩余物产出大国,但目前国内木材加工剩余物利用率较低、利用方式单一,与发达国家相比差距较大。通过创新木材剩余物处理方式,研发相关技术,可逐步缩小与发达国家之间的差距。黏结剂喷射(3DP)技术具有材料来源广泛、加工简单、成型效率高等特点,基于木质材料特点,以木材加工剩余物为原料,实现木质材料增材制造具有广阔的发展前景。文中以增材制造中的木质纤维及其分类为背景,介绍增材制造中木质耗材的研究现状,重点阐述木质材料3DP中典型黏结剂喷射成型(BJ)技术、散装材料选择性沉积技术和单层制造(ILF)技术等3类技术的成型原理、研究进展及其最新应用等,根据木质材料的物理特性和成型机理,探讨黏结剂、粉末床工艺和后处理等因素对木质材料3DP成型精度和成型质量的影响,并对木质材料3DP技术存在的问题进行分析并展望其发展趋势。

全因子实验设计在黏结剂喷射型3D打印制剂打印液开发中的应用

打印液开发是黏结剂喷射型3D打印制剂的重点和难点,直接决定了打印产品的质量。本研究运用质量源于设计理念,采用3个中心点的23全因子实验设计(Design of Experiment, DoE),对左乙拉西坦3D打印分散片的打印液组成进行优化。使用40%(v/v)异丙醇水溶液作为基础溶剂,以聚乙烯吡咯烷酮K30、甘油及聚山梨酯20用量作为自变量,分析其对打印片剂重量差异、硬度、脆碎度及分散均匀性等关键质量属性的影响。通过DoE模型分析获得了打印液处方的设计空间,并通过响应优化器获得了最优的打印液处方:含有0.1%(w/w)聚乙烯吡咯烷酮K30和4.0%(w/w)甘油的异丙醇水溶液。对打印液的喷射机制和润湿性进行分析,并制备和表征了不同规格的3D打印个性化制剂,验证了打印液处方的合理性,为黏结剂喷射型3D打印制剂中打印液的研究提供了参考和依据。